За симетрията във флората и фауната

Защо сме билатерални ?

Сферични синьозелени водорасли (цианобактерии). Снимка: infofeed.org

Защо повечето животни, а и ние - хората имаме двустранна (билатерална) симетрия? Това е свързано с активно движение в пространството. Някои едноклетъчни организми прекарват целия си живот, реейки се във водата и за тях понятията "дясно-ляво" и "горе-долу" нямат съществена разлика - всички посоки са равнопоставени. Затова такива същества приличат на сфера.

За примитивните многоклетъчни, прикрепени към дъното като анемониите, очевидно понятията "горе" и "долу" имат разлика, но вероятността да се появи плячка или хищник отляво или отдясно или отпред или отзад е една и съща, но не и отгоре или отдолу. Те имат радиална симетрия или диедрална симетрия, която е комбинация между радиалната и огледалната..
	Обитаващи дъното морски звезди с радиална симетрия Снимка: State University in Jamaica

Илюстрация: BaileyBio.com

Но когато едно животно започне да се движи активно, понятията за "отпред" и "отзад"се оформят и придобиват съществена важност. Основните сетива се преместват в предната част на тялото, защото е по-важно към какво се приближаваме, а не толкова от какво се отдалечаваме. Но лявата и дясната половина на жизнената среда остават еднакво интересни - затова бързо движещите се животни имат двустранна симетрия, огледална симетрия.

Трябва да се отбележи, че симетрията засяга само тези органи и системи, които са свързани пряко с двигателната активност - костна и мускулна система, сетивни органи, външна форма.

Хубав пример, илюстриращ тази идея, са морските таралежи. Бавно пълзящите видове, като всички бодлокожи имат осева симетрия от пети порядък (по-точно диедрална симетрия). Някои морските таралежи са сменили обичайната си среда с живот в морския пясък, в който те активно копаят и се придвижват. И съгласно изказаното правило, сферичната черупка се сплеска, леко се удължава - тялото на морския таралеж и става двустранно симетрично. Установено е, че предците на бодлокожите всъщност са били билатерални, за което свидетелства двустранната симетрия на ларвите им. Това още веднъж доказва, че начинът на живот, и най-вече начинът на придвижване определя симетрията на тялото - по-бързодвижещите се билатерални ларви по-късно като възрастни неподвижни или бавни добиват радиална симетрия.

Морски таралеж, придобил двустранна симетрия. Снимка: Kåre Telnes

Всъщност бодлокожите са произлезли от безгръбначни с двустранна симетрия, за което свидетелстват и някои фосили, а и изследването на техни ембриони. Ларвите им също имат билатерална симетрия. Първо се развиват два общи лъча, образувайки двустранна симетрия, после още един лъч формира трирадиална симетрия и накрая общите лъчи се разделят оформяйки морфологията на възрастен екземпляр с пет лъча. Това е т.н. модел 2 +1 +2.

Илюстрация: Colin Sumrall

Трябва да се отбележи, че симетрията засяга само тези органи и системи, които са свързани пряко с двигателната активност - костна и мускулна система, сетивни органи, външна форма. Филогенетичната еволюция се стреми да предизвика наследствено различие между дясно и ляво, но ефектът му се спира от предимствата, които съществото извлича от огледално симетрично разположение на съставните части на тялото му. Това може да обясни защо нашите крайници са по-симетрични от нашите вътрешни органи. Така позицията на нашето сърце и усукването на червата ни е почти винаги наляво.

Още веднъж за хиралността

Съвременното естествознание е достигнало до едно важно откритие, свързано със симетрията и касаещо разликите между живо и неживо. "Живите" молекули, т.е. молекули на органичните вещества, които изграждат живите организми са различни от "неживите", т.е. получени изкуствено и са огледално симетрични - като лява и дясна ръкавица. Това свойство се нарича хиралност. Неживите хирални молекули се срещат в природата както в "ляв", така и в "десен" вариант, т.е. те са хирално нечисти. "Живите" молекули могат да бъдат само в ориентация - "лява" или "дясна", т.е. те са хирално чисти. Например, спиралата на една ДНК молекула е винаги дясна, глюкозата, образувана в организма е с дясна форма, а фруктозата - лява.

 Ето защо, най-важната способност на живите организми е създаването на хирално чисти молекули - именно това определя биохимичната граница между живо и неживо.

Нагоре с краката

През целия си живот ние, а и всички живи същества трябва да се противопоставяме на една постоянна, насочена надолу сила - земното притегляне. Заради него огледалната ни симетрия има вертикална ос, а не хоризонтална. Ние сме свикнали да се идентифицираме с образа си в огледалото и едва ли някой ще забележи, ако светът около нас се замени с огледалния си образ. Но ако бъде обърнат нагоре с краката? На неспособността ни да възприемем образ, обърнат нагоре се основат картинки от сдвоени образи, които изглеждат различно като ги обърнем на 180°, много популярни на времето. При долните примери, уверявам ви, картинките не са подменени. 

Парадоксално е, но точно такъв образ се отразява върху ретината ни, а данните се обработват от област на мозъка, наречен зрителен кортекс, следван от останалата част от мозъка, която се опитва да дава смисъл на това, което виждаме. Изображението, което се отразява върху ретината има симетрия инверсия.

Илюстрация: danielng.com

В известен експеримент, който се провежда за пръв път през 1896 г., един психолог от Университета на Калифорния в Бъркли, Джордж Малкълм Стратън (George Malcolm Stratton) си сложил специални очила, които правели всичко да изглежда с главата надолу. Невероятно, но след няколко дена на дезориентация, мозъкът му започнал автоматично да коригира възприеманите образи и те се виждали по правилния начин отново.

Симетрията на цветята

Повечето изследователи на социалната психология биха се съгласили, че лицата, които се смята за най-привлекателни са и най-симетрични. Физическият баланс на дясната и лявата половина е първичен отличителен белег за здраве и следователно, красота. Какво е положението при растенията?

Въпреки очевидната сложност и многообразие на формата на цветовете, всички цветя всъщност имат една от двете възможни видове симетрия - радиална и двустранна (зигоморфна) симетрия.. Растенията не се движат, закрепени са здраво за земята и всяка посока е равноправна за тях, както при актиниите, затова е нормално да развият радиална симетрия и диедрална (звездовидна), съответно. Такива са лютичета, лилии, лалета, рози, далии, маргаритки и много други цветенца. Този модел на симетрия бил първият, появил се сред цветята и е по-примитивния.

Снимка: Dahlia Special

Интересно е защо някои растения и техните цветове са с двустранна симетрия, за растенията тя се нарича зигоморфна. Такива са акациите, теменугите, въобще всички пеперудоцветни и устоцветни, както и орхидеите, естествено. Какво е наложило това ?

Наскоро екип от испански еколози и генетици (Francisco Perfectti and Juan Pedro M. Camacho, José M. Gómez), съобщават в The American Naturalist, че тези растенията, които имат билатерална симетрия са по-привлекателни за насекомите от цветя с проста радиална симетрия.

Изследователите открили, че растенията с двустранно симетрични цветове са по-посещавани от опрашителите и имали по-висока жизненост, измерена чрез броя на семената, създадени и оцелели, които са повече, отколкото сред растения с радиално симетрични цветове.
			play	pause	Кадрите са от филма "Микрокосмос"

Снимка: maltawildplants.com

Земните пчели (Bombus Terrestris), без опит със симетрични и асиметрични модели и се оказва, че имат вродени предпочитания към двустранната симетрия. Най-ранните вкаменелостите на двустранни цветя са от долния терциер ( виж Приложение: кратка таблица на еволюцията), а тази еволюция вероятно е започнала през горната креда. Развитието на двустранните цветя е свързано с наличието на социални насекоми в горната креда и коеволюцията им. Опрашвачите-насекоми са с двустранна симетрия и общият им дизайн с тези растения може да обясни по-силния им (дори еротичен) афинитет към тях.

Една радиално симетрична сага, започнала от Карл Линей

Двустранната симетрия позволява развитието на цветя, които са специално пригодени за насекомите-опрашители, чрез изучаване на тези мутации, учените са в състояние да разберат повече за развитието на растенията и коеволюцията с насекомите..

Първата индикация, че цветната симетрия е под генетичен контрол идва от Карл Линей, бащата на растителната и животинска класификация. Той забелязал близо до Стокхолм странно растение - с всички белези на луличка (Linaria vulgaris)  от семейство Живовлекови (Plantaginaceae), но вместо обичайния двустранно симетрия, цветът бил с радиално симетрична форма . Линей го нарекъл "peloria", от гръцката дума за чудовище, не защото е грозен, а защото има чудовищни последици за вярата в неизменността на видовете. "Това със сигурност е не по-малко забележително, отколкото ако една крава да роди теле с глава на вълк", пише той. Неговата система за класификация на растенията се основава на структурата на цвета и затова решил, че това необичайно цвете принадлежи към съвсем нов вид. Тъй като във всяко друго отношение прилича на обикновената луличка, Линей заключил, че тези своеобразни растения са възникнали от "трансформацията" на общ вид луличка в нов вид - радикална идея във време, когато видове са били смятани за постоянни, вечни актове на Твореца. След 250 години Енрико Коен от изследователски център в Норич е открил ген, отговорен за тази мутация, според изследване, публикувано в сп. Nature. За "чудовищните" форми са причинени от естествената мутация на един-единствен ген, наречен cycloidea, който налага двустранна симетрия при цветните пъпки още когато са много малки. В Peloria този ген е неактивен, което води до радиално симетрични цветя. Досега са открити пелорични цветове и сред много видове орхидеи и сред други растения от рода Linaria и Antirrhinum като градинското цвете кученце.

Снимки: John Grimshaw's Garden Diary

Източници:

Бэкмология, becmology.ru
Живые системы.
Почему мы не гермафродиты, или кое-что о пользе асимметрии, С.Афонькин
Echinoderm Symmetry, Colin Sumrall
Origins of radial symmetry identified in an echinoderm during adult development and the inferred axes of ancestral bilateral symmetry, Valerie B Morris
In Lust with Symmetry, Julie Ardery
The Invisible Colours of Flowers
Symmetry is in the eye of the beeholder: innate preference for bilateral symmetry in flower-naïve bumblebees. Rodríguez I, Gumbert A, Hempel de Ibarra N, Kunze J, Giurfa M.
How Did Bilaterally Symmetric Flowers Evolve From Radially Symmetric Ones?, The American Naturalist 167:10
Variation and Evolution in Plants and Microorganisms: Toward a New Synthesis 50 Years after Stebbins (2000) National Academy of Sciences (NAS)
Peloria, John Grimshaw’s Garden Diary